Автореферат (1026133), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Приведенные в работе результаты исследований получены с применениемразличных апробированных методик. Проведение исследований с применениемразличных методик и хорошая сходимость данных свидетельствуют одостоверности и надежности результатов, положений и выводов диссертации.На защиту выносятся:1. Схемы формирования диффузионной зоны при дуговой наплавкеалюмоматричного композиционного материала на сталь, с предварительнонанесенным на ее поверхность промежуточными слоями алюминия.32. Раскрытие влияния термического воздействия от дуговой наплавки наскорость роста интерметаллидной фазы Fe-Al и прочностные характеристикибиметаллического сталеалюминиевого соединения.Апробация работы: основные результаты работы изложены наконференциях: Junior Euromat (Лозанна, 2014), XI Российской ежегоднойконференции молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия итехнология неорганических материалов" (Москва, 2014), научной конференции«Технологии сварки плавлением новых конструкционных материалов» (Москва,2014), на конференциях Будущее машиностроения (Москва, 2014, 2016), намеждународном научном форуме «Дни науки.
Новые материалы» (СанктПетербург, 2015).Личный вклад соискателя заключается в непосредственном участии висследовательской работе по теме диссертации на всех этапах. Им личновыполнен литературный обзор по теме исследования, выполнены теоретическиеи экспериментальные исследования, выполнена обработка результатов и ихобобщение, подготовлены и сделаны доклады на конференциях и семинарах.Публикации по теме диссертации: материалы диссертации отражены в 5печатных работах, 4 из которых находятся в списке изданий, рекомендуемых ВАК.Структура и объём диссертации: диссертационная работа состоит извведения, 5 глав, общих выводов и результатов работы, списка использованнойлитературы. Она изложена на 155 листах машинного текста, содержит 85 рисункови 18 таблиц.
Список литературы содержит 113 наименований.Содержание работыВо введении обосновывается актуальность выбранного направленияисследования и сформулирована цель работы.В первой главе приведены общие сведения о материалах, применяемых вбиметаллических упорных подшипниках скольжения паровых турбин,рассмотрены основные свойства алюмоматричных КМ и особенности их нанесенияна поверхность изделий из низкоуглеродистой стали.Показано, что для колодок упорных подшипников паровых турбинприменяютсябиметаллическиеитриметаллическиеконструкциинизкоуглеродистая сталь-баббит или низкоуглеродистая сталь-бронза-баббит, вкоторых функции рабочего слоя выполняет баббит, обладающий наименьшимкоэффициентом трения и хорошей прирабатываемостью.
Однако при работе вусловиях с ограниченной смазкой существует опасность подплавления баббита ипотери работоспособности слоя. В связи с этим перспективным являетсяприменение в узлах трения алюминиевых антифрикционных материалов,обладающих большим температурным диапазоном работы и даже в случаеповреждения антифрикционного слоя не приводящих к поломке вала. Однако длятрадиционныхалюминиевыхантифрикционныхсплавовхарактерновозникновение повреждений в переходных и неустановившихся режимах работыво время пуска-останова. Поэтому возникает необходимость увеличениязадиростойкости и усталостной прочности этих материалов.В работах Калашникова И.Е., Чернышовой Т.А, A.R Kennedy, R.E. Shannon идр. установлено, что повышению задиростойкости и усталостной прочности4способствует армирование алюминиевого сплава дисперсными твердымичастицами карбидов.
Созданные таким образом КМ имеют небольшойкоэффициент трения, а по параметрам износостойкости и задиростойкостипревосходят существующие антифрикционные материалы. Среди нихнаибольшее промышленное применение получили КМ системы Al-SiC, опытприменения которого показал, что наибольшие значения износостойкостидостигаются при дуговой наплавке. Однако, в настоящее время отсутствует опытсоздания покрытий из КМ системы SiC на поверхности стальных изделий этимспособом.При создании соединения стали с алюминием на их границе образуется слой,состоящий из интерметаллидов Fe-Al различного стехиометрического состава,обладающих большой твердостью и низкими значениями временногосопротивления при растяжении и сжатии. Поэтому их формирование на границераздела может привести к неудовлетворительным прочностным характеристикамбиметаллической конструкции и отслоению антифрикционного слоя от стали впроцессе работы подшипника.
Согласно работам Рябова В.Р., Bruckner J., JacomeL.A. и других исследователей, в настоящее время процессами дуговой сваркиудается достичь прочности соединения сталь-алюминий в диапазоне 80-170 МПа,что является достаточным для работы биметаллических подшипников скольжения,требованием к которым является уровень адгезионной прочности на отрыв не ниже60 МПа.
Одним из основных параметров, влияющих на прочностьбиметаллической конструкции, является толщина интерметаллидного слоя награнице раздела сталь-алюминий. Сведения о зависимости прочности соединенияот толщины интерметаллидного слоя носят отрывочный и противоречивыйхарактер, что требует проведения дополнительных системных исследований.Также отсутствуют данные об адгезионной прочности алюминиевых покрытий,нанесенных на сталь дуговой наплавкой.На основании литературного обзора сформулированы задачи исследования.Во второй главе приведены материалы и методы исследования, примененныев работе. Описаны технологические схемы и режимы создания покрытийаргонодуговой наплавкой.В качестве основания подшипника для нанесения покрытий былииспользованы пластины из низкоуглеродистой стали 20 по ГОСТ 1050 снанесёнными на их поверхности, для обеспечения смачиваемости расплавомКМ, цинковый, полученный окунанием стальных пластин в ванну с расплавомцинка, и алюминиевый, полученные дуговым алитированием и сваркой взрывом,промежуточные слои.
В качестве наплавляемого материала применяли прутки ипроволоку из сплава 4047, содержащие в своем составе 12 масс. % кремния,близкие по составу матричному материалу КМ АК12.Для создания покрытий процессом аргонодуговой наплавки применялисьсхемы с наличием или отсутствием контакта наплавляемого материала с твердойповерхностью стали. При отсутствии контакта расплава с поверхностью сталиотсутствовало проплавление алюминиевого подслоя на всю глубину и надиффузионную зону оказывалось только термическое воздействие за счеттеплопроводности (Рисунок 1).5абвРисунок 1. Схемы нанесения покрытия на подслой цинка (а), на подслойалюминия с контактом (б) и без контакта (в) расплава со сталью.1 – наплавленный алюминиевый сплав 4047; 2 – присадочный материал; 3 –промежуточный слой; 4 – сталь 20.Наплавленные покрытия подвергались испытаниям для определения уровняадгезионной прочности на срез и на открыв.
Металлографические исследованиядиффузионной зоны проводились для определения параметров интерметаллидногослоя: стехиометрический состав, толщина, сплошность.Выбор доли наполнителя в составе присадочных прутков из КМ на основесплава АК12 для создания покрытия базировался на оценке распределенияармирующих частиц SiC в наплавленных слоях, а также жидкотекучестикомпозиционного расплава. Равномерность распределения частиц проводиласьоценкой относительной площади, занимаемой частицами на шлифе, разбитом насегменты. Количественной характеристикой равномерности распределениячастиц является коэффициент вариации относительной площади, занятойчастицами, который определялся для каждого шлифа. Оценку жидкотекучестирасплава КМ проводили по методу А.А. Ерохина, показателем в которомявляется нессиметричность валика, наплавленного на наклонную поверхность.Трибологические испытания на сухое трение скольжение созданного из КМслоя проводили на установке CETR-UMT по схеме: вращающаяся втулка(контртело из стали 40Х, HRC˃45) по диску (биметаллический образец с рабочимпокрытием из КМ) в интервале трибонагружения от 0,2 до 2,56 МПа и скоростискольжения 0,39 м/с.
Применение данной схемы, характеризующейсякоэффициентом взаимного перемещения равного единице, позволяет оценитьработоспособность биметаллов в условиях максимально приближенных креальным.В третьей главе приведены результаты исследований диффузионной зоны награнице раздела и свойства сталеалюминиевых соединений, полученных сприменением различных схем. Установлена связь между характероминтерметаллидного слоя и прочностными характеристиками соединения, а такжевыбрана схема нанесения покрытия, обеспечивающая уровень прочностныххарактеристик, удовлетворяющих требованиям адгезионной прочности покрытийподшипников скольжения.Показано, что в зависимости от метода нанесения на сталь промежуточногослоя из чистого алюминия, интерметаллидный слой будет иметь разный характер.При получении промежуточного слоя жидкофазными методами по технологиидугового алитирования процессом СМТ, интерметаллидный слой носит сплошной6характер и имеет среднюю толщину 8,2 мкм.
В его составе можно выделить 2области: образованную интерметаллидами на основе алюминия (FeAl3; Fe2Al5)средней толщиной 3,6 мкм прилегающую к алюминиевому слою и образованнуюинтерметаллидами на основе железа (Fe2Al3, FeAl, Fe3Al) характеризующихсяформой языкообразных выростов и средней толщиной 4,6 мкм, расположенных состороны стальной подложки. Особенностью интерметаллидного слоя, полученногоданным способом, является наличие трещины на границы интерметаллидов наоснове железа и алюминия, которая появляется из-за особенностей ростаинтерметаллидной фазы Fe2Al5.Диффузионная зона на границе раздела сталь-алюминиевый промежуточныйслой, полученный процессом сварки взрывом, относящимся к твердофазнымметодам, характеризуется наличием оплавов из интерметаллидов системы Fe-Al(Fe2Al5; FeAl5; FeAl6) имеющих дискретный характер и среднюю толщину 16мкм, а также зон свободных от оплавов, занимающих до 15-20% отпротяженности всей границы раздела.
Кроме того, наблюдаютсямногочисленные отколы интерметаллидной фазы, расположенные всвариваемых материалах на удалении до 50 мкм от границы раздела металлов повсей протяженности границы раздела сталь-алюминий.Установлено, что в процессе аргонодуговой наплавки алюмокремниевогосплава на сталь, предварительно нанесенный на ее поверхность промежуточныйслой цинка способствует смачиванию твердой стали расплавом. При этомотсутствие цинка на границе раздела сталь-алюминий связано с его испарением иоттеснением к границе сварочной ванны. Интерметаллидный слой,образовавшийся на границе раздела при наплавке на цинковый подслой, имеетсплошной характер при средней толщине 7 мкм и содержит в своем составе нетолько алюминий и железо, но и кремний, согласно результатамрентгеноспектрального анализа.
Причем образование тройных интерметаллидныхфаз системы Fe-Al-Si происходит за счет замещения алюминия в составе двойныхинтерметаллидов Fe-Al (FeAl3; Fe2Al5) кремнием, что подтверждается снижениемсодержания последнего в составе интерметаллидного слоя при одновременномувеличении количества алюминия и практически неизменной доле железа.Кремний, занимая структурные вакансии в двойных интерметаллидах системыFe-Al, способствует уменьшению скорости диффузии алюминия и железа черезних и приводя к меньшей, по сравнению с нанесением промежуточного слоя изалюминия, толщине интерметаллидного слоя.В диффузионной зоне образцов, изготовленных аргонодуговой наплавкойалюмокремниевого сплава на сталь с промежуточным слоем алюминия, можновыделить 2 характерные области:- область I, образовавшаяся в результате полного проплавленияалюминиевого промежуточного слоя;- область II, подвергшаяся термическому влиянию в процессе наплавки.Определено, что образцы, изготовленные наплавкой на сталь с полнымпроплавлением алюминиевого промежуточного слоя, полученного процессомдуговогоалитирования,характеризуетсяинтерметаллиднымслоеманалогичного состава, но с большим значением толщины, чем при нанесении на7цинковый промежуточный слой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
